Voordelen en toepassingen van lage-spannings vacuümschakelaars
Lage-spanningsvacuümschakelaars: Voordelen, toepassingen en technische uitdagingen
Vanwege hun lagere spanning hebben lage-spanningsvacuümschakelaars een kleinere contactafstand vergeleken met middenspanningstypes. Bij zulke kleine afstanden is transversale magnetische veld (TMV) technologie superieur aan axiale magnetische veld (AMV) voor het onderbreken van hoge korte-slagsstromen. Bij het onderbreken van grote stromen neigt de vacuümboog ertoe om zich te concentreren in een beperkte boogmodus, waarbij lokale erosiezones het kookpunt van het contactmateriaal kunnen bereiken.
Zonder juiste controle geven oververhitte gebieden op het contactoppervlak excessieve metaaldamp af, wat kan leiden tot dielectrische doorbraak van de contactafstand onder de tijdelijke herstelspanning (TRV) na stroomnul, waardoor de onderbreking mislukt. Het toepassen van een transversaal magnetisch veld - loodrecht op de boogkolom - binnen de vacuümonderbreker drijft de beperkte boog aan om snel over het contactoppervlak te roteren. Dit vermindert aanzienlijk lokale erosie, voorkomt excessieve temperatuurstijging bij stroomnul en verhoogt daardoor aanzienlijk de onderbrekingscapaciteit van de schakelaar.
Voordelen van vacuümschakelaars:
Contacten vereisen geen onderhoud
Lange bedrijfsduur, met elektrische levensduur bijna gelijk aan mechanische levensduur
Vacuümonderbrekers kunnen in elke oriëntatie worden gemonteerd
Stille werking
Geen brand- of ontploffingsgevaar; de boog is volledig bevat in de verzegelde vacuümcel, waardoor ze geschikt zijn voor gevaarlijke, explosievrije omgevingen zoals steenkoolmijnen
Prestaties worden niet beïnvloed door omringende omgevingsfactoren zoals temperatuur, stof, vochtigheid, zoutnevel of hoogte
In staat om hoge spanningen over zeer kleine vacuümruimtes te weerstaan
Stroomonderbreking wordt meestal voltooid bij de eerste stroomnulpassing
Milieuvriendelijk en gemakkelijk recycleerbaar
Lage-spanningsvacuümschakelaars delen dezelfde alomvattende bescherming, uitgebreide meetmogelijkheden en rijke diagnostische kenmerken als conventionele luchtonderbrekers (ACBs). Echter, ze bieden superieure voordelen, waaronder hogere elektrische en mechanische uithoudingsvermogen, grotere aantal gerateerde korte-slagonderbrekingen, sterkere booguitbluscapaciteit en ware "zero arc flash" prestaties.
Deze eigenschappen maken ze bijzonder geschikt voor ruige omgevingen en hoge-spanning laagfrequente systemen zoals AC690V en 1140V in TN, TT en IT-configuraties - vaak gevonden in fotovoltaïsche en windenergie-applicaties. Ze maken hoge-spanningscollectorsystemen mogelijk die transmissieverliezen verminderen. Bovendien kunnen deze schakelaars ook motoren (voldoet aan GB50055-eisen) en generatoren (voldoet aan GB755-normen) beschermen, waardoor gebruikers een veiliger, betrouwbaarder en meer complete lage-spanningsvoorzieningbeschermingsoplossing krijgen.
Waarom worden vacuümschakelaars niet breder toegepast in lage-spanningsapplicaties?
De primaire reden ligt in de aanzienlijke energie-eisen van het bedrijfsmechanisme:
Lage-spanningscircuitbrekers maken meestal gebruik van lichte bedrijfsmechanismen met compacte componenten. Daarentegen vereisen vacuümschakelaars aanzienlijk meer bedrijfsenergie - vooral die ontworpen voor toepassingen met hoge onderbrekingscapaciteit. Vanwege de kleine contactafstand is intense energie nodig om de boog te doven. Om elektromagnetische krachten tijdens storingonderbreking te weerstaan, is hoge contactdruk essentieel. Bijvoorbeeld:
Een 31,5kA vacuümschakelaar vereist ongeveer 3200N contactkracht.
Om adequate druk na contactverslijtage te handhaven, is een contactreis van 4mm nodig.
Daardoor is de totale energie die nodig is vanaf contactengagement tot volledige sluiting veel hoger dan bij luchtonderbrekers.
Specifieke energie-eisen omvatten:
45 joules voor een 40kA schakelaar (contactkracht: 4200N)
63 joules voor een 50kA schakelaar (contactkracht: 6200N)
Dus moet het bedrijfsmechanisme aanzienlijk worden versterkt om aan deze eisen te voldoen. Voor een 100kA lage-spanningsapplicatie overschrijdt de energie die nodig is voor een vacuümonderbreker de capaciteit van standaard lage-spanningsbedrijfsmechanismen.
Een volledige upgrade is nodig - grotere energieopslagsprings, verhoogde veerverdrukkingsslag, enz. Sommige bestaande mechanismen hebben minimale verdrukking (bijvoorbeeld slechts 25mm), en zelfs een verhoging van de veerstijfheid kan voldoende energie niet leveren. In plaats daarvan zijn mechanismen met langere slag vereist. Zoals gezien in middenspanningsvacuümschakelaars, strekken kamgestuurde veren zich vaak uit over meer dan 50mm, waardoor voldoende energieopslag mogelijk is. Bovendien moet de algemene mechanische sterkte, hardheid en rigiditeit van het bedrijfsmechanisme worden verhoogd om de hoge krachten te hanteren.
